close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

Все влажные материалы делятся на три группы

код для вставкиСкачать
РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ УСТАНОВКИ ДЛЯ СУШКИ РЕЧНОГО
ПЕСКА ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬЮ 0,25 КГ/С.
Челышева Е.В., Пикалов Е.С., Синявин А.В.
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования «Владимирский государственный
университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича
Столетовых» (ВлГУ), Владимир, Россия
CALCULATION OF PARAMETERS OF THE UNIT FOR DRYING OF
RIVER SAND WITH A PRODUCTIVITY OF 0,25 KG/S.
Сhelysheva E.V., Pikalov E.S., Sinyavin A.V.
Federal state government-financed educational institution of higher vocational
education «The Vladimir state university named after Aleksander Grigorevich and
Nikolay Grigorevich Stoletov» (VlGU), Vladimir, Russia
В данной работе произведен расчет основных параметров барабанной сушильной установки для сушки речного песка, рассчитаны параметры топочных газов, подаваемых в сушилку, параметры отработанных газов, а
также выбраны циклон и фильтр для очистки отработанных топочных
газов, а также вентилятор для их отвода в атмосферу.
ВВЕДЕНИЕ
Процесс сушки широко распространен в химической отрасли: сушка
минеральных удобрений, солей, органических веществ, синтетических
красителей, химических волокон, тканей, строительных материалов и др.
Во многих случаях сушка является одной из важнейших операций,
определяющих не только качество готовой продукции, но и техникоэкономические показатели производства в целом.
Влагу можно удалять из материалов механическими способами
(отжимом, отстаиванием, фильтрованием, центрифугированием). Однако
более полное обезвоживание достигается путем испарения влаги и отвода
образующихся паров, т.е. с помощью тепловой сушки. Этот процесс широко
используется в химической технологии.
Сушка производится различными методами и различными аппаратами.
В данном курсовом проекте процесс сушки рассматривается со стороны
непрерывного действия в барабанной сушилке.
В барабанных сушилках сушат порошковые и кусковые материалы с
размером кусков до 40 мм : каменный уголь, известняк, глину, песок и
другие материалы , а также дегидратируют гипсовый камень .
При сушке влажных материалов изменяются свойства и
характеристики высушиваемого материала. Сушка - совокупность тепловых
и массообменных процессов, происходящих внутри влажного материала
(внутренняя задача сушки) и за пределами его поверхности (внешняя задача
сушки).
Все влажные материалы делятся на три группы:
1. капиллярно-пористые,
2. коллоидные,
3. капиллярно-пористые коллоидные.
Капиллярно-пористые материалы при сушке практически не изменяют
свои размеры. Коллоидные материалы при изменении содержания в них
влаги изменяют геометрические размеры, но сохраняют эластичные свойства
(желатин, мучное тесто). Капиллярно-пористые коллоидные материалы
имеют капиллярно-пористую структуру, но стенки капилляров эластичны,
способны к набуханию при обезвоживании. Большинство влажных
материалов относится к третьей группе (торф, ткани, древесина и др.).
При сушке влага из внутренних слоев влажного материала
передвигается к поверхности, а затем испаряется в окружающую среду. На
преодоление сил сцепления молекул влаги друг с другом и со скелетом
материала требуются затраты энергии, поэтому скорость процессов переноса
зависит от форм связи влаги с материалом. По классификации П. А.
Ребиндера энергия связи влаги с материалом наибольшая при химической
форме связи, менее прочной является физико-химическая связь, а
наименьшая - при физико- механической связи. Химическая связь - в точных
количественных соотношениях, может быть разрушена при химических
реакциях или при прокаливании.
Для оценки перспективности способа сушки влажные материалы делят
на шесть основных групп:
I
- истинные и коллоидные растворы, эмульсии и суспензии;
II
- пастообразные материалы, не перекачиваемые насосом;
III
- пылевидные, зернистые и кусковые материалы, обладающие
сыпучестью во влажном состоянии;
IV - тонкие гибкие материалы (ткани, пленка, бумага);
V
- штучные массивные по объему материалы и изделия (керамика,
штучные стройматериалы, изделия из древесины);
VI - изделия, подвергающиеся сушке после грунтования, окраски,
склеивания.
Для материалов I-ой группы рекомендуются сушилки распылительные и
комбинированные. Для материалов II-ой группы - вальцовые и
вальцеленточные сушилки, III-ей группы - шахтные, барабанные, трубчатые,
трубы-сушилки, аэрофонтанные и кипящего слоя, IV-ой группы терморадиационные и в жидких средах.
1. Описание технологической схемы
Принципиальная схема барабанной сушилки:
Рис.1. Принципиальная схема барабанной сушилки:
1-бункер; 2 -питатель, 3 - сушильный барабан, 4 - топка, 5 - смесительная камера; 6, 7, 11 -вентиляторы; 8 -промежуточный бункер; 9-транспортер; 10 -циклон; 12 -зубчатая передача
Влажный материал из бункера 1 с помощью питателя 2 подается во
вращающийся сушильный барабан 3. Параллельно материалу в сушилку
подается сушильный агент, образующийся от сгорания топлива в топке 4 и
смешения топочных газов с воздухом в смесительной камере 5. Воздух в
топку и смесительную камеру подается вентиляторами 6 и 7.высушенный
материал с противоположного конца сушильного барабана поступает в
промежуточный бункер 8, а из него на транспортирующие устройство 9.
Отработанный сушильный агент перед выбросом в атмосферу очищается от
пыли в циклоне 10. При необходимости производится дополнительное
мокрое пылеулавливание.
Транспортировка сушильного агента через сушильную установку
осуществляется с помощью вентилятора 11. При этом установка находится
под небольшим разрежением, что исключает утечку сушильного агента через
неплотности установки.
Барабан приводится во вращение электродвигателем через зубчатую
передачу 12.
2. Исходные данные
Задание на проектирование.
Рассчитать барабанную сушилку с подъемно-лопастными перевалочными
устройствами для высушивания глины топочными газами при следующих
условиях:
Производительность по высушенному материалу -
=0,25 кг⁄с
Высушиваемый материал- песок
Диаметр частиц материала -
ч
= 1,4 м
Начальное влагосодержание материала - ⍵н = 22%
Конечное влагосодержание материала - ⍵к = 1%
Начальное влагосодержание воздуха - =9 г⁄кг
Начальная температура сушильного агента Конечная температура сушильного агента Температура влажного материала -
= 18°С
Относительная влажность воздуха -
=72%
н
к
=400°С
=120°С
Температура окружающего воздуха - =18°С
В качестве топлива используется природный газ следующего состава:
=92%,
=0,8%, N 2 =1%
=3,4 %,
= 0,8%,
=0,6%,
=0,3%, Н 2 =0,1 %, СО
3. Технологический расчет
3.1 Параметры топочных газов, подаваемых в сушилку
В
качестве
топлива
используется природный сухой газ
следующего
состава:
=93%,
=3,4 %,
= 0,8%,
=0,6%,
=0,3%, Н 2 =0,1 %, СО
=0,8%, N 2 =1%
Теоретическое количество сухого воздуха Lо, затрачиваемого на сжигание 1
кг топлива, равно:

 кг
 (m  (n 4)Cm H n )
Lo  138  0,0179CO  0, 24H 2 
, ,
(12m  n)  кг


(1)
где составы горючих газов выражены в объёмных долях. Подставив
соответствующие значения получим:
=138[0,0179*0,008+0,24*0,001+(
((
)∗ ,
(
∗ )
) (
+
∗ ,
(
∗ )
)
+
((
(
(
((
))∗ ,
∗ )
(
(
)
+
))∗ ,
∗ )
)
((
+
)∗ ,
(
∗ )
)
=
16,9[кг⁄кг]
Для определения теплоты сгорания топлива воспользуемся характеристиками
горения простых газов:
Газ
Тепловой эффект
реакции, кДж/м3
Метан СН 4
358,2
Этан С2 Н 6
637,5
Пропан С3 Н8
912,5
Бутан С4 Н10
1186,5
Пентан С5 Н12
1460,8
Оксид углерода СО
126,8
Водород Н 2
108,1
Количество тепла Q выделившегося при сжигании 1 м3 газа, равно:
Q   мас.доля  Qэл. ,  кДж 3  ,

м 
(2)
где Qэл. - тепловой эффект реакции горения простого газа.
(%) ∗ Q
(%) ∗ Q
+
+ C H (%) ∗ Q
Q
+ C H (%) ∗ Q
+ H (%) ∗ Q
(%) ∗
+
+ CO (%) ∗ Q
[
кДж
м
]
(0,93*35741)+(0,034*63797)+
Q
+(0,008*10810)+(0,006*12680)+(0,003*1460)= 35575,17 [кДж
Плотность газообразного топлива ρm равна:
m 
C
m
HnM i
0

м ,∗
]
Т0 ,
Т 0  tТ
(3)
Подставив, получим:
=
(0,93 ∗ 16 + 0,034 ∗ 30 + 0,008 ∗ 44 + 0,006 ∗ 58 + 0,003 ∗ 72) ∗ 273
22,4 ∗ (273 + 20)
= 0,6695[кг м ]
Количество тепла, выделяющегося при сжигании 1кг топлива:
Q
=
Q
,
Т
(4)
35575,17
[кДж
= 50585
кг]
0,6695
Масса сухого газа, подаваемого в сушильный барабан, в расчёте на 1 кг
сжигаемого топлива определяется общим коэффициентом избытка воздуха  ,
необходимого для сжигания топлива и разбавления топочных газов до
температуры смеси tсм.  tн , оС .
см
= 400°С
Значение  находим из уравнений материального и теплового балансов.
Уравнение материального баланса:
1  L0  LС . Г .  
9n
Cm H n ,
12m  n
(5)
Значение  находим из уравнений материального и теплового балансов.
Уравнение материального баланса:
1  L0  LС . Г .  
9n
Cm H n ,
12m  n
(5)
где LС . Г .  . - масса сухих газов, образующихся при сгорании 1 кг топлива;
Сm H n  массовая доля компонентов, при сгорании которых образуется вода,
кг/кг.
Уравнение теплового баланса:
9n


Q   cТ tТ   L0 I 0   LС . Г .  L0 (  1)  iС . Г .   L0 x0  
C m H n   iП . ,
12m  n


где
  общий
коэффициент
полезного
действия,
(6)
учитывающий
эффективность работы топки и потери тепла топкой в окружающую среду,
принимаемый равный 0,95;
сТ - теплоёмкость газообразного топлива при tТ =20 °С (принимать равной
1,34 кДж кг  К );
I 0 - энтальпия свежего воздуха, равная Io  1,005  tо  хо 1,005  tо  2493,1 кДж
iС . Г . - энтальпия сухих газов кДж
кг
кг
;
iС . Г .  сС . Г .  tС . Г . ,
(7)
сС . Г . и tС . Г . - теплоёмкость и температура сухих газов;
сС . Г . =1.05 кДж
кг  К
при tС. Г .  tН оС ,
С.Г
= 400°С
x0 - влагосодержание свежего воздуха, при температуре
= 18°С и
18
  PПАРА
относительной влажности  0 =72%, x0 
кг/кг сухого воздуха.
29 ( РАТМ    PПАРА )
PПАРА  давление окружающего воздуха при температуре to , оC .
i П - энтальпия водяных паров, кДж
кг
;
iП  r0  cП t П ,
(8)
r0 - теплота испарения воды при температуре 0оС , равная 2500 кДж
сП - средняя теплоёмкость водяных паров, равная 1,97 кДж
t П - температура водяных паров tП  tН оС.
кг  К
кг
;
;
Равная 400 °С
Решая совместно уравнения (5) и (6), получим:
9n
Cm H n
9n 

12
m

n
Q   cТ tТ  iС . Г .  1  
 
.
12m  n 
L0 (iС . Г .  iП x0  I 0 )

iП 
Пересчитаем
компоненты
топлива,
при
сгорании
(9)
которых
образуется вода, из объемных долей в массовые:
Cm H n/ 
Cm H n  Mr  T0
,
V м Т  (Т 0  tT )
где Сm H n  объёмная доля компонента в смеси;
VM  молярный объём, равный 22,4 моль/л;
Т - плотность газообразного топлива, кг
м3
;
Т о  абсолютная температура равная 273 К;
tТ  начальная температура топлива, 20°С.
=
0,93 ∗ 16 ∗ 273
= 0,949;
22,4 ∗ 0,652 ∗ (273 + 20)
=
0,034 ∗ 30 ∗ 273
= 0,0651;
22,4 ∗ 0,652 ∗ (273 + 20)
=
0,008 ∗ 44 ∗ 273
= 0,0225;
22,4 ∗ 0,652 ∗ (273 + 20)
=
0,006 ∗ 58 ∗ 273
= 0,0222;
22,4 ∗ 0,652 ∗ (273 + 20)
=
0,003 ∗ 72 ∗ 273
= 0,0138;
22,4 ∗ 0,652 ∗ (273 + 20)
=
0,001 ∗ 2 ∗ 273
0,00013;
22,4 ∗ 0,652 ∗ (273 + 20)
Количество влаги, выделяющейся при сгорании 1 кг топлива, равно:
(10)
9n
 12m  n C
∑=
∗
(
∗ )
∗ 0,949 +
∗
(
∗
(
∗ )
∗ 0,0222 +
∗ )
m
кг
∗ 0,0651 +
∗
(
H n/ кг
∗ )
∗
(
∗ )
∗ 0,0225 +
∗ 0,0138 = 2,35 [кг⁄кг]
Коэффициент избытка воздуха выразим из уравнения (6):
9n
iП  
 Cm H n
9n


12m  n
  Q   cТ tT  iС . Г .  1  
 Cm H n  

12m  n

 L0 iС. Г .  r0  iП  x0  I 0 
9n
9n


Q   cT tT  cС . Г .  tС. Г .  1  
 Cm H n    r0  cП  t П   
C H
12m  n
12m  n m n



, (11)
L0 сС . Г .  tС. Г .   r0  cП  t П   x0  I 0 
где Q - количество тепла, выделяющееся при сжигании 1 кг топлива.
=
=
50858 ∗ 0,95 + 1,34 ∗ 20 − 1,05 ∗ 400 ∗ (1 − 2,35) − (2500 + 1,97 ∗ 400) ∗ 2,35
16,9 ∗ [1,05 ∗ 400 + (2500 + 1,97 ∗ 400) ∗ 0,009 − 4,19]
= 5,47
Общая удельная масса сухих газов, получаемых при сжигании 1 кг
топлива и разбавлении топочных газов воздухом до температуры смеси 400
°С равна:
GС . Г .  1    Lo  
С.Г
9n
Cm H n ,
12m  n
(12)
= 1 + 5,47 ∗ 16,9 − 2,35 = 91,093[кг⁄кг]
Удельная масса водяных паров при сжигании 1 кг топлива:
GП .  
П
9n
Cm H n    xo  Lo ,
12m  n
(13)
= 2,35 + 5,47 ∗ 0,009 ∗ 16,9 = 3,18[кг⁄кг]
Влагосодержание газов на входе в сушилку на 1 кг сухого воздуха равно:
х1 
=
GП . кг
.
GС . Г . кг
3,18
= 0,035[кг⁄кг]
91,093
Энтальпия газов на входе в сушилку:
(14)
I1 
=
(Q  0,95  cT tT    Lo  I o )
,
GС . Г .
50585 ∗ 0,95 + 1,34 ∗ 20 + 5,47 ∗ 16,9 ∗ 4,19
кДж
= 534,94 [
кг]
91,093
Поскольку коэффициент избытка воздуха α велик, физические свойства
газовой смеси, используемой в качестве сушильного агента, практически не
отличаются от физических свойств воздуха. Это дает возможность
использовать в расчетах диаграмму состояния влажного воздуха − .
(15)
3.2 Параметры отработанных газов. Расход сушильного агента
Исходя из материального баланса количества жидкости по абсолютно
сухому веществу в высушиваемом материале:
W  G1 
 Н  К
,
100  К
(16)
0,9 ∗ (22 − 1)
= 0,242[кг⁄с]
100 − 22
Запишем уравнение внутреннего теплового баланса сушилки:
=
△=
∗
+
доп
−(
т
+
м
+
п)
,
(17)
где  - разность между удельным расходом и приходом тепла в сушильной
камере, кДж кг (влаги ) ;
−удельный подвод тепла с материалом поступающим на сушку,
т
кДж
кг (влаги )
;
м
−удельные потери тепла с высушиваемым материалом, кДж кг (влаги ) ;
п
−тепловые потери в окружающую среду, принимаем 10% от тепла Q ,
вынесенного из сушилки с парами влаги, испарившейся из материала.
- теплоемкость влаги во влажном материале при температуре
кДж
доп -
,
(кг ∗ К)
удельный дополнительный подвод тепла в сушильную камеру, кДж/кг
влаги; при работе сушилки по нормальному сушильному варианту
м
м
м-
=
м(
= 0,25 ∗
−
)/ ;
доп
(18)
0,8 ∗ (62,8 − 18)
= 37
0,242
теплоемкость высушенного материала , равная 0,8 кДж (кг ∗ К);
- температура высушенного материала на выходе из сушилки , °С
= 0;
При испарении поверхностной влаги
температуре мокрого термометра
сушильного агента:
м
принимают приблизительно равной
при соответствующих параметрах
= 62,8 °С
Подставив соответствующие значения , получим:
△= 4,19 ∗ 18 + 0 − (0 + 37 + 273,6) = −235,18 кДж кг (влаги )
Запишем уравнение рабочей линии сушки:
△= − /( −
)
(19)
Для построения рабочей линии сушки на диаграмме −
необходимо знать
координаты ( x или I) минимум двух точек. Координаты одной точки
известны:
= 0,035,
= 534,94. Для нахождения координат второй точки
зададимся произвольным значением x и определим соответствующее
значение I. Пусть x=0,1 кг влаги/кг сухого воздуха. Тогда I=534,94235,18*(0,1-0,035)=519,65 кДж/кг сухого воздуха.
Через две точки на диаграмме −
с координатами
,
и x, I проводим
линию сушки до пересечения с заданным конечным параметром
В точке пересечения линии сушки с изотермой
отработанного сушильного агента:
= 120 °С.
находим переметры
= 0,146 кг⁄кг ,
=512,5 кДж/кг.
Расход сухого газа.
с.г
с.г
=
=
/(
−
)
(20)
0,242
= 2,2 [кг⁄с]
0,146 − 0,035
Расход сухого воздуха:
=
(
−
),
(21)
= 0,242 0,146 − 0,009 = 1,8[кг⁄с]
Расход тепла на сушку:
QC  LТ . Г .   I1  I o  ,
(22)
кДж
= 2,2 ∗ (534,94 − 4,19) = 1168 [
с]
Расход топлива на сушку:
т
т
=
,
= 1168 50858 = 0,02297[кг⁄с]
3.3 Определение основных размеров сушильного барабана
(23)
Объём сушильного пространства V складывается из объёма Vn,
необходимого для прогрева влажного материала до температуры, при которой
начинается интенсивное испарение влаги (до температуры мокрого термометра
сушильного агента) и объёма Vc, требуемого для проведения процесса испарения
влаги, то есть V=Vc+Vn. Объём сушильного пространства барабана вычисляем
по модифицированному уравнению массопередачи
Vc 
W
,
 K xср 
(24)
где xср - средняя движущая сила массопередачи, кг влаги/м3;
K - объёмный коэффициент массопередачи, 1/с.
K   (при параллельном движении материала и сушильного агента).
Для барабанной сушилки коэффициент массопередачи  , вычисляем по
эмпирическому уравнению:
  1,62 10
2
 

0,9
ср .
n0,7  0,54 po
cср.  po  p 
где  ср .  средняя плотность сушильного агента, кг
(25)
,
м3
;
с  теплоёмкость сушильного агента при средней температуре в барабане,
кДж
кг  К
;
 - относительное заполнение барабана высушиваемым материалом, %;
Ро  давление, при котором осуществляется сушка, Па;
Р  среднее парциальное давление водяных паров в сушильном
барабане, Па;
Уравнение (33) справедливо для значений:
ср.  0,6 1,8 кг
n  1,5  5 об
м3с
мин
  10  25%.
,
,
(26)
В данном случае у нас песок с размерами dч =1,4 и насыпной плотностью
1200 кг
м3
Насыпная
плотность,
Теплоемкость,
кДж/(кг К)
0,8
МАТЕРИАЛ
Песок
Плотность,
3
кг / м 3
1200
1500
кг / м
Глина
0,92
1380
1900
Мел
0,88
1300
2200
Доломит
0,92
1300
2200
Шлак
0,75
680
2200
Принимаем скорость газов в барабане ⍵=2,8 [ м с ].
Средняя температура в барабане:
tср. 
ср
=
 tH  t K 
2
о
С.
400 + 120
= 260 °С
2
Плотность сушильного агента при средней температуре в барабане:
 ср . 
29
273
,

22, 4 273  tср.
(27)
29
273
∗
= 0,65 [кг м ]
22,4 273 + 260
При этом ⍵ ∗ ср = 0,65 кг м ∗ с, что не должно нарушать справедливости
уравнения (26). Принимаем частоту вращения барабана n = 5 об/мин.
ср
=
Парциальное давление водяных паров в газе определим по уравнению:
На входе в сушилку:
 x1 
   po
18
.
p1   
 1 x1 
  
 29 18 
[Па]
(28)
0,035
∗ 10
= 18
= 5326 [Па]
1 0,035
+
18
29
На выходе из сушилки:
 x2 
   po
18
.
p2   
 1 x2 
  
 29 18 
[Па]
(29)
0,146
∗ 10
18
=
= 19040[ Па]
1 0,146
+
29
18
Отсюда среднеарифметическое будет равно:
p
 р1  р2  Па .
(30)
2
5326 + 19040
= 12183 [Па]
2
Объёмный коэффициент массоотдачи находим по уравнению (25):
=
= 1,62 ∗ 10
1,82 , ∗ 5 , ∗ 14 , ∗ 10
= 0,81 [
0,65 ∗ 0,8 ∗ (10 − 12183)
]
Движущую силу массоотдачи x'ср. , определим:
 ' xср 
pср 18
 ' xб   ' xм

,
'
  xб 
273  tср 

ln  ' 
po 22, 4
273
  xм 
(31)
где ' xб  x1*  x1' - движущая сила в начале процесса сушки, кг/м3;
' xм  x2*  x2' - движущая сила в конце процесса сушки, кг/м3;
x1* и x2* - равновесное содержание влаги на входе в сушилку и на выходе из
неё, кг
м3
.
Средняя движущая сила и Pср , выраженная через единицы давления (Па),
равна:
Pср 
 Pб  Pм  ,
 P 
ln   б 
 Pм 
△
б
=
∗
−
△
м
=
∗
−
(32)
где p1* и p2* - давления насыщенных паров над влажным материалом в
начале и в конце процесса сушки, Па.
Значения p1* и p2* определяем по температуре мокрого термометра
сушильного агента в начале ( t МТ ) и в конце ( tМТ
ВХ
ВЫХ
) процесса сушки по
уравнению:
∗
∗
= exp(23,477 −
= exp(23,477 −
∗
∗
△
△
△
△
ср
б
м
,
м
[Па]
(33)
3990,67
= 22652 [Па]
233,93 + 62,8
= exp(23,477 −
= exp(23,477 −
,
,
,
м
[Па]
(34)
3990,67
= 22049[Па]
233,93 + 62,2
= 22652 − 5326 = 17326
= 22049 − 19040 = 3009
17326 − 3009
= 8176 [Па]
ср
17326
ln(
)
3009
8176 ∗ 18
=
= 0,034
10 ∗ 22,4(273 + 260 273)
=
Объём сушильного барабана, необходимый для обеспечения процесса
испарения влаги, без учёта объёма аппарата, требуемого на прогрев влажного
материала, находим по уравнению (24).
=
0,242
= 8,8 [м ]
0,034 ∗ 0,81
Объём сушилки, необходимые для прогрева влажного материала, находим
по модифицированному уравнению теплопередачи:
VП 
QП
,
 k tср 
(35)
где QП - расход тепла на нагрев материала до температуры,
м
[кВт];
k - объёмный коэффициент теплопередачи, кВт/м3К;
tср - средняя разность температур, 325°С.
Расход тепла равен :
п
п
=
м (, м
−
)+
в св ( см
−
)
(36)
= 0,25 ∗ 0,8 ∗ (62,8 − 18) + 0,242 ∗ 4,19 ∗ (62,8 − 18) = 54,4 [кВт]
Объёмный коэффициент теплопередачи определим по эмпирическому
уравнению:
k  16     ср.   n 0,7   0,54 ,
0,9
= 16 ∗ 1,82
,
∗5
,
∗ 14
,
(37)
= 351,86 [Вт]
Для вычисления tср , необходимо найти температуру сушильного агента tx,
до которой он охладится от t H до t MT
ВЫХ
, отдавая тепло на нагрев высушиваемого
материала до t МТ . Эту температуру можно определить из уравнения теплового
ВХ
баланса:
QП  LТ . Г .  1  x1   cГ .   tН  tx  ,
54,4 = 2,2 ∗ (1 + 0,035) ∗ 1,05 ∗ (400 −
(38)
)
= 377°С
Средняя разность температур равна :
△
ср
= [(
−
)+(
−
м
)]/2,
(39)
△
ср
= [(400 − 18) + (377 − 62,8)]/2 = 348,1°С
Подставляем полученные данные в уравнение (35)
п
=
54,4
= 0,48 м
0,35186 ∗ 348,1
Находим общий объём сушильного барабана.
=
+
п
= 8,8 + 0,48 = 9,28 м
(40)
Далее по справочным данным таблицы “Характеристики барабанных сушилок”
находим основные характеристики барабанной сушилки.
объем
= 12,8 м , диаметр
= 1,6м длина = 8м.
Характеристики барабанных сушилок
Условное
обозначение
Внутренний
диаметр, м
Длина,м
Объем, м
Толщина
стенок, мм
БНО,52,5НУ-01
БН1-4НУ-01
БН1-6НУ-01
БН1,2-6НУ01
БН1,2-8НУ01
0,5
2,5
1,25
5
Частота
вращения,
об
мин
4,62
1
1
1,2
4
6
6
4
6
7,2
5
5
6
4,08/5,1/8,1
4,08/5,1/8,1
4,08/5,1/8,1
1,2
8
9,6
6
4,08/5,1/8,1
Действительная скорость газов в барабане:
д 
d  диаметр барабана, м.
r
.
0, 785  d 2
(41)
Объемный расход влажного сушильного агента на выходе из барабана (в
м3/с) равен:
r  LТ . Г .  22, 4 
 273  t    1  ( х  x ) / 2  ,
ср.
273

 29
1
273 + 260
1
= 2,2 ∗ 22,4 ∗
∗
+
273
29
2
18


0,035 + 0,146
2
18
(42)
= 3,85 м с
Найденное значение подставляем в формулу (41)
⍵ =
3,85
=2 м с
0,785 ∗ 1,6
Действительная скорость газов отличается от принимаемой в расчёте менее
чем на 5%
Среднее время пребывания материала в сушилке:

GМ
.
W

 G1  
2

(43)
Количество находящегося в сушилке материала равно:
GM  V     M ,
м
Отсюда
(44)
= 12,8 ∗ 14 ∗ 1200 = 215040 [кг]
равно:
=
215040
= 210617
0,9 + (0,242/2)
Зная время пребывания, рассчитываем угол наклона барабана:
 30  l
  180 
'  
 0, 007  д   
,
 d  n 
   
l  длина барабана, м.
=
30 ∗ 8
180
+ 0,007 ∗ 2 ∗
= 0,81°
1,6 ∗ 5 ∗ 210617
3,14
(45)
Далее проверяем допустимую скорость газов, исходя из условия, что
частицы высушиваемого материала наименьшего диаметра не должны уноситься
потоком сушильного агента из барабана. Скорость уноса, равную скорости
свободного витания с.в. определим по уравнению:
с.в. 
ср 

Ar

,
d  ср  18  0,575 Ar 
(46)
где ср и  ср - вязкость и плотность сушильного агента при средней
температуре, [прил. 7].
dЧ - диаметр частиц материала,
Аr - критерий Архимеда.
ч - плотность частиц высушенного материала, кг
м3
.
Средняя плотность сушильного агента равна:
273
 ср   29   Ро  р   18  р  
,
22, 4  ро   273  tср 
ср
= [29 ∗ (10 − 12183) + 18 ∗ 12183] ∗
(47)
273
22,4 ∗ 10 ∗ (273 + 260)
= 0,63[кг м ]
Критерий Архимеда:
Ar 
=
1,6 ∗ 10
d 3  ч  ср  9,81
ср2
,
(48)
∗ 1500 ∗ 0,63 ∗ 9,81
= 2,19 ∗ 10
(2,6 ∗ 10 )
Тогда скорость уноса:
с.в. 
⍵с.в =
2,6 ∗ 10
∗
1,6 ∗ 0,63
ср. 

Ar

,
d  ср.  18  0,575 Ar 
2,19 ∗ 10
18 + 0,575 ∗ ⎷2,19 ∗ 10
⍵ < ⍵с.в
(56)
м
= 6,6[ ]
с
Рабочая скорость сушильного агента в сушилке меньше чем скорость уноса
частиц наименьшего размера, поэтому расчет основных размеров
сушильного барабана заканчиваем.
4. Расчет и выбор вспомогательного оборудования
1.1 Циклон
Для выбора циклона, который должен осуществлять очистку требуемого
количества сушильного агента Lс.г = 2,2 кг⁄с от частиц материала диаметром
d = 1,4 мм, необходимо рассчитать его основные геометрические размеры.
Определяем среднюю температуру сушильного агента на участке от выхода
из сушильного барабана до выхода в атмосферу:
(120 + 18)
= 69 С
2
Определяем среднее давление сушильного агента на участке от выхода из
ср
=
сушильного барабана до выхода в атмосферу:
=
(19040 + 10 )
= 59520 Па
2
Определяем среднюю плотность сушильного агента при температуре t ср =
69  С:
ρср = Mс.в ∗ р − Р + MВ ∗ Р ∗
T
;
v ∗ p ∗ (T + t ср )
ρср = [29 ∗ (10 − 59520) + 18 ∗ 59620] ∗
273
22,4 ∗ 10 ∗ (273 + 69)
= 0,79 кг м
Пересчитаем массовый расход газа в обменный расход:
сг
=
1,476 1,476
=
= 1,868 м с
ρср
0,79
Исходя из справочных данных и размера частиц материала d = 1,8 мм
выбираем циклон ЦН-15У с оптимальной скоростью газа в аппарате ⍵опт =
3,5 м⁄с
Тогда необходима площадь сечения циклона равная:
=
сг
⍵опт
=
1,868
= 0,53 м
3,5
Определим диаметр циклона, задавшись числом циклонов N=1:
=
0,785 ∗
=
0,53
= 0,822 м
0,785 ∗ 1
Округляем диаметр циклона до ближайшей большей величины по ГОСТ
9617-67: D=0,9 м
Вычисляем действительную скорость газов в циклоне:
1,868
= 2,941 м⁄с
0,785 ∗ ∗
0,785 ∗ 1 ∗ 0,9
Так как действительная скорость газа (⍵ = 2,941 м⁄с) отклоняется от
оптимальной (⍵опт = 3,5 м⁄с ) на менее чем 15% продолжаем расчет.
⍵ =
сг
=
Принимаем, что запыленность газа равна хвх = 120 ∗ 10 кг
м
Определим коэффициент гидравлического сопротивления циклона (ξ) марки
ЦН-15У при внутреннем диаметре D= 0,9 м
=К ∗К ∗
с
ц
+К
где К - поправочный коэффициент на диаметр циклона , равный 1;
К - поправочный коэффициент на запыленность газа, принимаем равным
0,88 при запыленности хвх ;
с
ц
- коэффициент гидравлического сопротивления одиночного
циклона, работающего в гидравлической сети , равный 165;
К - коэффициент , учитывающий дополнительные потери давления при
компоновке циклонов в группу. Для одиночных циклонов К =0;
= 1 ∗ 0,88 ∗ 165 + 0 = 145,2
Определяем потери давления в циклоне:
△ Рц =
ρср⍵
145,2 ∗ 0,79 ∗ 2,941
=
= 496,082 Па
2
2
Определяем основные размеры циклона ЦН-15У в соответствии с долями
выбранного внутреннего диаметра D= 0,5 м. Расчет представлен в таблице 1.
Таблица 1.
Основные размеры циклона ЦН-15У
Параметр
Расчет
Значение
Внутренний диаметр выхлопной трубы d, м
0,59*D=0,59*0,5
0,295
Внутренний диаметр пылевыпускаемого
0,35*D=0,535*0,5
0,175
0,2*D=0,2*0,5
0,1
0,26*D=0,26*0,5
0,13
0,6*D=0,6*0,5
0,3
0,8*D=0,8*0,5
0,4
0,1*D=0,1*0,5
0,05
отверстия
,м
Ширина входного патрубка в циклоне
(внутренний размер) b, м
Ширина входного патрубка на входе
(внутренний размер)
,м
Длина входного патрубка l, м
Длина средней линии циклона
ср ,м
Высота установки фланца ℎфл ,м
Угол наклона крышки входного патрубка
15
циклона α
Высота входного патрубка( внутренний
0,66*D=0,66*0,5
0,33
1,5*D=1,5*0,5
0,25
1,51*D=1,51*0,5
0,755
1,5*D=1,5*0,5
0,25
0,3*D=0,3*0,5
0,15
3,31*D=3,31*0,5
1,655
диаметр) a,м
Высота выхлопной трубы ℎт , м
Высота цилиндрической части циклона
Высота конуса циклона
ц ,м
к ,м
Высота внешней части выхлопной трубы ℎв ,м
Общая высота циклона H,м
1.2 Фильтр
Так как допустимы увлажнение и охлаждение очищаемого газа, а отделяемые
от газа твердые взвешенные частицы имеют незначительную ценность
возможно применение мокрой очистки путем промывки сушильного агента
водой.
Для выбора пенного газоочистителя , который должен осуществлять очистку
требуемого количества сушильного агента Lс.г = 1,868 кг⁄с ( по данным
расчета циклона) от частиц материала диаметром d = 1,4мм , необходимо
рассчитать его основные геометрические размеры.
По справочным данным принимаем , что скорость газа в аппарате составляет
⍵ = 2 м⁄с .Выбираем газоочиститель прямоугольного сечения,
обеспечивающий более равномерное распределение жидкости.
Определяем площадь сечения аппарата:
=
Lс.г 1,868
=
= 0,934м
⍵
2
По справочным данным выбираем однополочный пенный газоочиститель
ЛТИ-ПГС-10 с отводом через сливное устройство , основные характеристики
которого представлены в табл. 2
Таблица 2
Основные характеристики газоочистителя ЛТИ-ПГС-10
Показатели
Длина решетки
Значения
1,00
,м
Ширина решетки В ,м
1,40
Высота аппарата
2,92
а ,м
Рассчитываем площадь сечения выбранного аппарата:
а
=
∗ В = 1 ∗ 1,4 = 1,4 м
Определяем фактическую скорость газа в аппарате:
⍵ф =
Lс.г
а
=
1,868
= 1,3834 м⁄с
1,4
Определяем расход уловленной пыли:
пыли
= Lс.г ∗ сн ∗ η
где сн - начальная концентрация пыли в сушильном агенте , принимаем
равной 0,008 кг
м
η- заданная степень улавливания, принимаем равной 0,99
кг⁄
пыли = 1,868 ∗ 0,008 ∗ 0,99 = 0,014
с
Определяем расход поступающей воды:
2∗
воды
пыли
∗ Кр
где Кр - коэффициент распределения, принимаем равным 0,7
- концентрация пыли в утечке, кг пыли/кг воды.
Так как глина представляет собой склонную к слипанию минеральную пыль ,
принимаем
= 0,05 кг пыли/кг воды.
2 ∗ 0,014 ∗ 0,7
= 0,13 кг⁄с
воды
0,05
По справочным данным для очистки сушильного агента от частиц глины
диаметром d = 1,8 мм выбираем решетку с круглыми отверстиями
диаметром
= 2 мм и отношением перфорированной площади решетки к
площади сечения аппарата φ= 0,95. Тогда скорость газа в отверстиях решетки
должна быть равна ⍵ = 6 м⁄с
Определяем долю свободного сечения решетки:
=
⍵ф
1,334
=
= 0,234
⍵ ∗ φ 6 ∗ 0,95
Принимаем , что отверстия располагаются по равностороннему
треугольнику.
Определяем шаг между отверстиями:
=
∗
0,91
Принимаем толщину решетки
= 0,002 ∗
0,91
= 0,004 мм
0,234
= 5 мм, что обеспечит минимальное
гидравлическое сопротивление.
Определяем коэффициент скорости пылеулавливания:
К =
2⍵ф η
2 ∗ 0,99 ∗ 1,334
=
= 2,615 м⁄с
(2 − η)
(2 − 0,99)
Определяем высоту слоя пены на решетке:
= К − 1,95 ∗ ⍵ф + 0,09 = 2,615 − 1,95 ∗ 1,334 + 0,09 = 0,1037 м
Определяем высоту исходного слоя воды на решетке:
ℎ = 1,43 ∗
,
∗ ⍵ф
,
= 1,43 ∗ 0,022 ∗ 0,787 = 0,024 м
Определяем интенсивность потока на сливе с решетки:
=
где
- длина сливного отверстия, равная половине длины решетки, м
- ширина сливного отверстия , равная ширине решетки, м
=
=
р
2∗
=
1
= 0,357 кг (м ∗ с)
2 ∗ 1,4
Определяем высоту сливного порога:
ℎп = 2,5 ∗ ℎ − 0,0176 ∗
= 2,5 ∗ 0,024 − 0,0176 ∗ 1,071 = 0,042 м
1.3 Вентилятор
Для выбора вентилятора, который должен обеспечить отвод требуемого
количества сушильного агента с.г = 0,54 кг⁄с ( по данным расчета циклона)
из сушилки, необходимо рассчитать избыточное давление , которое должен
обеспечить вентилятор для преодоления гидравлического сопротивления
системы сушилка-циклон-вентилятор, в которой фильтр не учитывается так
как из-за малого значения скорости движения газов в нём ∆
ф
= 0 Па.
Определим диаметр трубопровода круглого сечения:
=
4∗
∗
сг
,
где сг - расход сухого газа, м с;
⍵ - скорость воздуха в трубопроводе, принимаем равной 15 м/с;
4 ∗ 1,868
= 0,398м
3,14 ∗ 15
=
Выбираем трубу из углеродистой стали с наружным диаметром
нар
= 426мм и толщиной стенки ст = 11 мм.
т
Тогда внутренний диаметр трубы ( твн) равен:
нар
вн
− 2 ∗ ст = 0,426 − 2 ∗ 0,011 = 0,404м
т = т
Определяем фактическую скорость воздуха в трубе:
4 ∗ Lс.г
4 ∗ 1,868
=
= 14,59 м/с
факт =
∗ ( твн )
3,14 ∗ (0,404)
Определим критерий Рейнольдса для потока в трубопроводе:
вн
факт ∗ т ∗ ср
,
=
ср
где ср - вязкость сушильного агента при температуре
расчета циклона):
ср
=
∗
273 +
ср + +
∗
= 17,3 ∗ 10
= 20,53 ∗ 10
Тогда:
=
273
∗
ср
= 69°С (по данным
=
273 + 124
69 + 273
∗
69 + 273 + 124
273
Па ∗ с
14,59 ∗ 0,404 ∗ 0,79
= 226816,581
20,53 ∗ 10
R>10000, следовательно имеем турбулентный режим движения газа.
Примем, что трубы были в эксплуатации, имеют незначительную коррозию.
Тогда абсолютная шероховатость △=0,15мм.
Определяем относительную шероховатость труб:
1.5 ∗ 10
∆
= 0.371 ∗ 10
= вн =
0.404
т
Определяем зону трения в трубопроводе:
1
1
10
10
560
=
= 2695,418;
=
= 26954,178;
=
0.371 ∗ 10
0.371 ∗ 10
560
=
= 1509433,962;
0.371 ∗ 10
26954,178 ˂ Re=226816,581 ˂ 1509433,962
Следовательно, в трубопроводе имеет место зона смешанного трения.
Определяем коэффициент трения в трубах:
68 .
68
= 0,11 ∗ +
= 0.11 ∗ (0.371 ∗ 10 +
) . = 0,015
226816,581
Учитывая, что коррозия труб незначительна, рассчитаем сумму
коэффициентов местных сопротивлений в соответствии с технологической
схемой:
-вход в трубопровод (принимаем с закругленными краями): = 0,2;
-колено с углом 90 (угольник);
= 1,1;
-выход из трубопровода:
=
+
∗
+
,
где n – количество проводов (колен) трубопровода, в рассматриваемом
случае n=4.
= 0,2 + 4 ∗ 1,1 + 1 = 5,6
Определяем гидравлическое сопротивление трубопровода:
∗
+ ∑ ∗ ср ∗ факт
∆ =
2
где L – длина трубопровода, принимаем равной 20 м;
0,015 ∗ 20
+ 5,6 ∗ 0,79 ∗ 14,59
0,404
∆ =
= 533 Па;
2
Определяем избыточное давление, которое должен обеспечить вентилятор:
∆ = ∆ сб + ∆ ц + ∆ т ;
где ∆ сб- гидравлическое сопротивление сушилки, которым можно
пренебречь из-за малого значения скорости движения газов в сушильном
барабане ∆ сб = 0 Па;
∆ ц - гидравлическое сопротивление циклона, равное ∆ ц = 325,4 Па;
∆ = 0 + 496,082 + 533 = 1029,082 Па
Таким образом, необходим вентилятор среднего давления. Определим его
полезную мощность:
= Lс.г ∗ ∆ = 1029,082 ∗ 1,868 = 1922 Вт = 1,922 кВт
Мощность, которую должен развивать электродвигатель вентилятора на
выходном валу при установившемся режиме работы, равна:
п
=
где
0,6;
в
∗ пер
- коэффициент полезного действия вентилятора, принимаем равный
в
- коэффициент полезного действия передачи от электродвигателя к
вентилятору, принимаем равным 1;
1,922
=
= 3,2 кВт
1 ∗ 0,6
По справочным данным выбираем вентилятор В-Ц14-46-5К-02.
пер
Основные характеристики вентилятора В-Ц14-46-5К-02.
Параметры
Производительность Lс.г ,м с
Обеспечиваемое давление ∆Р, Па
Число оборотов двигателя n, с
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Размер
3,67
2360
24,1
Проведя расчет барабанной сушильной установки с подъемнолопастными перевалочными устройствами для сушки песка, по заданной
производительности по сухому материалу, начальной и конечной влажности,
температуре сушильного агента и температуре влажного материала, а также
вида используемого топлива были определены: расход влаги, удаляемой из
высушиваемого материала, расход сухого газа, воздуха, тепла, топлива на
сушку. Для нахождения выше перечисленных значений был проведен
совместный расчет уравнения материального и теплового баланса. По
рекомендациям были определены основные размеры сушильного барабана.
Результатом расчета циклона явилось определение их количества, марки и
диаметра.
Каждая конструкция сушильной установки должна быть оценена
с точки зрения удобства и экономичности эксплуатации. Эти качества
аппарата определяются его надежностью и долговечностью, простотой и
доступностью
управления,
а
также
высокими
КПД
и
тепловыми
показателями в эксплуатации.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
1. Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии.
– М.: Химия, 1973. – 787 с.
2. Дытнерский Ю.И. Основные процессы и аппараты химической
технологии. Пособие по проектированию. – М.: Химия, 1991. – 493 с.
3. Романков П. Г., Фролов В. Ф. и др. Методы расчета процессов и
аппаратов химической технологии (примеры и задачи). - СПб: Химия, 1993.
– 496 с.
4. Лыков М.В. Сушка в химической промышленности. М.: Химия, 1970. –
429 с.
5. Карпенков А.Ф. Методические указания к курсовому проектированию
по курсу «процессы и аппараты химической технологии». Мн.: БТИ, 1980.
– 20с.
6. www.promenerg.ru/cat/18
7. ГОСТ 11875-73. Аппараты с вращающимися барабанами общего
назначения. Основные параметры и размеры. – Взамен ГОСТ 11875-66;
Введ. 01.01.1974. 5 с. Группа Г 47.
8. Сушильные установки / Г.К. Филоненко, П.Д. Лебедев . – М.-Л.:
Госэнергоиздат, 1952. – 252 с
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа